Nguyên nhân gây ra lỗi ở van điều khiển hướng?

Khi van điều khiển hướng ngừng hoạt động bình thường, nó có thể khiến toàn bộ hệ thống thủy lực dừng hoạt động. Các van này đóng vai trò là "giám đốc giao thông" của hệ thống năng lượng chất lỏng, cho chất lỏng thủy lực biết đi đâu và khi nào. Nhưng điều gì thực sự khiến những thành phần quan trọng này bị hỏng?

Nguyên nhân cốt lõi của lỗi van điều khiển hướng thường bao gồm nhiễm bẩn (gây ra 70-80% lỗi), hao mòn cơ học, sự cố về điện, hư hỏng vòng đệm và lắp đặt không đúng cách. Mặc dù các triệu chứng như kẹt van hoặc rò rỉ là những gì người vận hành nhận thấy đầu tiên, nhưng các cơ chế cơ bản thường liên quan đến các tương tác phức tạp giữa hóa học chất lỏng, ứng suất cơ học và hiệu ứng nhiệt.

Bài viết này xem xét các dạng lỗi mà các kỹ sư bảo trì và kỹ thuật viên thủy lực gặp phải thường xuyên nhất trong môi trường công nghiệp. Hiểu được các cơ chế này giúp chuyển chiến lược bảo trì từ sửa chữa phản ứng sang phòng ngừa mang tính dự đoán.

Ô nhiễm: Thủ phạm chính

Ô nhiễm được coi là nguyên nhân lớn nhất gây ra hỏng van thủy lực trong các ngành công nghiệp. Nghiên cứu nhất quán cho thấy rằng 70 đến 90 phần trăm tất cả các vấn đề của hệ thống thủy lực đều bắt nguồn từ chất lỏng bị ô nhiễm. Thách thức nằm ở chỗ hiểu rằng ô nhiễm có hai dạng riêng biệt, mỗi dạng tấn công các thành phần van thông qua các cơ chế khác nhau.

Ô nhiễm hạt cứng bao gồm bụi, mảnh kim loại và mảnh vụn mài mòn xâm nhập vào hệ thống trong quá trình lắp ráp, bảo trì hoặc qua các vòng đệm bị hỏng. Những hạt này hoạt động giống như giấy nhám bên trong thân van. Độ khít chính xác giữa ống cuộn và lỗ khoan của nó thường chỉ từ 2 đến 5 micromet (0,00008 đến 0,0002 inch) - mỏng hơn sợi tóc người. Khi các hạt lớn hơn khoảng hở này đi vào khe hở, chúng sẽ bị mắc kẹt giữa các bề mặt chuyển động và gây ra mài mòn ba vật.

Vật liệu bị mài mòn tạo ra các rãnh cực nhỏ trên vùng ống cuộn được đánh bóng cao. Những rãnh này phá hủy khả năng bịt kín của van và tạo ra các đường dẫn chất lỏng. Chất lỏng áp suất cao sau đó chảy trực tiếp vào cổng bể qua những vết xước này, khiến bộ truyền động bị trôi ngay cả khi đáng lẽ van phải ở vị trí cố định. Thiệt hại sẽ tự tồn tại vì các mảnh vụn mài mòn do vết xước ban đầu tạo ra sẽ tạo ra nhiều hạt mài mòn hơn.

Các loại van khác nhau cho thấy độ nhạy rất khác nhau đối với ô nhiễm hạt. Van servo có cụm vòi phun-vạt bị hỏng khi các hạt nhỏ tới 1-3 micromet chặn các lỗ dẫn hướng. Van định hướng điện từ tiêu chuẩn chịu được các hạt lớn hơn một chút nhưng vẫn cần lọc cẩn thận. Mã độ sạch ISO 4406 cung cấp tiêu chuẩn để đo mức độ ô nhiễm của chất lỏng, sử dụng ba con số để biểu thị số lượng hạt trên 4, 6 và 14 micromet trên mỗi mililit chất lỏng.

Các nghiên cứu chứng minh rằng việc cải thiện độ sạch của chất lỏng từ ISO 20/18/15 đến 16/14/11 có thể kéo dài tuổi thọ linh kiện lên gấp ba đến bốn lần. Các đội bảo trì bỏ qua các mục tiêu này sẽ khiến van bị hỏng sớm bất kể các biện pháp phòng ngừa khác.

Mối đe dọa ô nhiễm thứ hai đến từ cặn mềm gọi là vecni hoặc sơn mài. Không giống như các hạt cứng mà quá trình lọc có thể loại bỏ, vecni hình thành thông qua các phản ứng hóa học bên trong chất lỏng thủy lực. Nhiệt độ cao trên 60°C (140°F) gây ra quá trình oxy hóa dầu gốc, đặc biệt khi được xúc tác bởi đồng hoặc sắt hòa tan do mài mòn hệ thống. Các sản phẩm oxy hóa ban đầu hòa tan trong chất lỏng nhưng dần dần polyme hóa thành các hợp chất dính, không hòa tan.

Lớp sơn bóng tích tụ tốt nhất trên bề mặt kim loại ở những khu vực có dòng chảy thấp, đặc biệt là xung quanh đầu ống cuộn và buồng điều khiển. Vật liệu này hoạt động giống như keo, lấp đầy khoảng trống quan trọng giữa ống cuộn và lỗ khoan. Độ nhạy nhiệt độ tạo ra kiểu hư hỏng đặc trưng được gọi là "ốm nghén thứ Hai". Trong quá trình vận hành, dầu ấm giữ cho cặn sơn mềm và hòa tan một phần, giúp van hoạt động. Khi thiết bị không hoạt động trong một ngày cuối tuần, chất lỏng nguội đi và lớp sơn bóng cứng lại thành một lớp phủ cứng có chức năng khóa ống cuộn vào đúng vị trí một cách cơ học. Những người vận hành cố gắng khởi động hệ thống vào sáng thứ Hai đã phát hiện thấy các van không chịu chuyển số. Khi hệ thống nóng lên thông qua việc bỏ qua van xả, lớp sơn bóng lại mềm ra và lỗi biến mất một cách bí ẩn.

Các phương pháp phân tích dầu truyền thống sử dụng phép đo quang phổ không thể phát hiện được tiền chất vecni vì chúng tồn tại dưới dạng các hạt mềm có kích thước siêu nhỏ. Thử nghiệm đo màu miếng dán màng (MPC) theo tiêu chuẩn ASTM D7843 cung cấp cảnh báo sớm đáng tin cậy duy nhất. Thử nghiệm này cho dầu đi qua màng lọc 0,45 micromet, giữ lại các sản phẩm phân hủy không hòa tan làm ố màng. Máy quang phổ đo cường độ màu trong không gian màu CIE Lab, tạo ra giá trị ΔE. Giá trị dưới 15 cho thấy rủi ro sơn bóng thấp, trong khi chỉ số trên 30-40 báo hiệu van sắp bị dính và cần can thiệp ngay lập tức bằng hệ thống lọc tĩnh điện hoặc nhựa trao đổi ion.

Độ mòn cơ học và độ mỏi của linh kiện

Ngay cả trong các hệ thống hoàn toàn sạch sẽ, các chu kỳ áp suất lặp đi lặp lại sẽ dần dần làm mòn các bộ phận của van do áp lực vận hành bình thường. Các cơ chế hư hỏng về cơ bản khác với hư hỏng do nhiễm bẩn nhưng cuối cùng tạo ra các triệu chứng tương tự của sự cố van.

Vòng đệm và vòng dự phòng trải qua quá trình nén và giãn liên tục khi áp suất hệ thống dao động. Vật liệu đàn hồi trải qua quá trình biến dạng vĩnh viễn thông qua một quá trình mà các kỹ sư gọi là bộ nén. Sau hàng triệu chu kỳ, vòng chữ O mất khả năng đàn hồi trở lại hình dạng ban đầu. Sự phù hợp giảm nhiễu cho phép tăng rò rỉ bên trong qua ống chỉ. Sự trôi dạt của xi lanh trở nên đáng chú ý vì van không còn có thể giữ áp suất hiệu quả nữa. Nhiệt độ làm tăng tốc quá trình lão hóa này - các vòng đệm hoạt động ở 80°C (176°F) xuống cấp nhanh gần gấp đôi so với các vòng đệm ở 40°C (104°F).

Lò xo hồi vị phải đối mặt với thách thức mỏi tương tự trong các ứng dụng chu kỳ cao. Những lò xo này cung cấp lực để định tâm ống cuộn hoặc đưa nó về vị trí trung tính sau khi ngắt điện từ. Các chu kỳ nén liên tục gây ra hiện tượng mỏi kim loại làm giảm dần hằng số lò xo. Lò xo bị yếu có thể không đủ lực để thắng áp suất thủy lực hoặc ma sát, khiến ống cuộn bị treo ở vị trí dịch chuyển. Trong những trường hợp cực đoan, vết nứt ăn mòn do ứng suất xảy ra khi ô nhiễm nước kết hợp với ứng suất cơ học, dẫn đến gãy lò xo đột ngột và mất hoàn toàn khả năng kiểm soát van.

Bản thân ống chỉ bị mòn ở vùng đất nơi nó trượt vào lỗ khoan. Những bất thường trên bề mặt vi mô tạo ra các điểm tiếp xúc có ứng suất cao dần dần bị đánh bóng. Sự mài mòn xuyên tâm này làm tăng kích thước khe hở, cho phép rò rỉ nhiều hơn. Kiểu mòn thường thể hiện sự không đối xứng vì sự phân bổ áp suất xung quanh chu vi ống chỉ thay đổi tùy theo cấu hình cổng. Một bên mòn nhanh hơn các bên khác, có khả năng khiến ống chỉ nghiêng nhẹ trong lỗ và tăng ma sát.

Van ghế phải đối mặt với những thách thức cơ học khác với van ống chỉ. Thay vì mòn do chuyển động trượt, van ghế phụ thuộc vào hình nón hoặc quả bóng ép vào bề mặt ghế phù hợp để đạt được độ kín. Ứng suất tiếp xúc tập trung vào một đường hẹp xung quanh ghế. Nếu một hạt cứng bị mắc kẹt trên bề mặt bịt kín này, áp suất của hệ thống sẽ đẩy hạt đó vào kim loại mềm hơn, tạo ra vết lõm vĩnh viễn hoặc vết rỗ. Ngay cả sau khi loại bỏ hạt, đường bịt kín bị hư hỏng vẫn có thể rò rỉ. Chế độ hỏng hóc này giải thích tại sao van ngồi thường chuyển từ trạng thái bịt kín hoàn hảo sang rò rỉ đáng kể mà không có nhiều cảnh báo.

Sự cố về điện và điện từ

Giao diện điện giữa hệ thống điều khiển và van thủy lực đưa ra các chế độ hỏng hóc khiến các kỹ thuật viên chỉ tập trung vào nguyên nhân cơ học bối rối. Sự cố cháy cuộn dây điện từ được xếp hạng trong số các lỗi van được báo cáo nhiều nhất, nhưng phân tích cho thấy các sự cố về điện thường xuất phát từ nguyên nhân cơ học chứ không phải do lỗi điện thuần túy.

Van điện từ AC (dòng điện xoay chiều) thể hiện sự kết hợp đặc biệt chặt chẽ giữa hoạt động cơ và điện. Trở kháng của cuộn dây phụ thuộc chủ yếu vào điện kháng cảm ứng, điện kháng này thay đổi tỉ lệ nghịch với khe hở không khí trong mạch từ. Khi điện áp lần đầu tiên được cấp vào cuộn dây điện xoay chiều, phần ứng nằm ở khoảng cách tối đa với mặt cực, tạo ra khe hở không khí tối đa và độ tự cảm tối thiểu. Độ tự cảm thấp có nghĩa là trở kháng thấp, cho phép dòng điện khởi động có thể đạt tới 5 đến 10 lần dòng giữ thông thường chạy qua cuộn dây.

Trong điều kiện hoạt động bình thường, lực điện từ sẽ kéo phần ứng đóng lại trong vòng một phần nghìn giây. Khe hở không khí bị thu hẹp làm tăng đáng kể độ tự cảm, tăng trở kháng và giảm dòng điện xuống mức trạng thái ổn định an toàn. Toàn bộ trình tự phụ thuộc vào chuyển động cơ học tự do của cụm phần ứng và ống cuộn. Nếu cặn vecni, ô nhiễm hạt hoặc liên kết cơ học ngăn cản ống cuộn hoàn thành hành trình của nó thì khe hở không khí vẫn mở. Cuộn dây tiếp tục tạo ra dòng điện khởi động lớn vô thời hạn. Theo định luật Joule (Q = I2Rt), nhiệt sinh ra trong cuộn dây tăng theo bình phương dòng điện. Trong vòng vài giây đến vài phút, lớp cách điện của cuộn dây sẽ tan chảy, gây ra hiện tượng đoản mạch từng vòng và thậm chí còn tạo ra nhiều nhiệt hơn cho đến khi cuộn dây bị hỏng hoàn toàn.

Cơ chế này giải thích tại sao chỉ cần thay thế một cuộn dây bị cháy mà không kiểm tra tình trạng dính cơ học sẽ đảm bảo hỏng hóc lặp đi lặp lại. Cuộn dây mới sẽ cháy ngay lập tức khi cấp điện nếu sự cố cơ học tiềm ẩn vẫn tiếp diễn. Các quy trình chẩn đoán phải luôn bao gồm kiểm tra ghi đè thủ công - đẩy ống van bằng thiết bị truyền động bằng tay để xác minh chuyển động trơn tru trước khi giả định lỗi điện.

Các cuộn dây điện từ DC (dòng điện một chiều) có kiểu hư hỏng lành tính hơn vì dòng điện của chúng chỉ phụ thuộc vào điện áp và điện trở (I = V/R), không phụ thuộc vào vị trí phần ứng. Van DC bị kẹt cơ học không thể dịch chuyển nhưng hiếm khi làm cháy cuộn dây. Sự cố điện từ DC thường bắt nguồn từ các nguyên nhân thực sự về điện như quá điện áp vượt quá giá trị định mức hơn 10%, nhiệt độ môi trường xung quanh quá cao ngăn cản sự tản nhiệt hoặc hơi ẩm xâm nhập gây ra đoản mạch bên trong.

Một tương tác cơ-điện khác xảy ra trong ống lõi (ống dẫn hướng phần ứng). Ống có thành mỏng này cách ly phần ứng với chất lỏng thủy lực đồng thời cho phép từ thông đi qua. Mô-men xoắn lắp đặt quá lớn trên đai ốc gắn điện từ hoặc các xung áp suất bất thường có thể làm biến dạng ống, tạo ra các điểm chật kéo theo phần ứng. Bộ điện từ tạo ra lực không đủ để vượt qua lực ma sát tăng thêm này, dẫn đến sự cố "có điện nhưng không chuyển động" xuất hiện do điện nhưng xuất phát từ nguyên nhân cơ học.

Sự xuống cấp của con dấu và sự không tương thích hóa học

Phớt đại diện cho các thành phần dễ bị tổn thương về mặt hóa học nhất trong van điều khiển hướng. Trong khi các bộ phận kim loại chống lại hầu hết các chất lỏng thủy lực, vòng đệm đàn hồi có thể bị hỏng nặng khi tiếp xúc với các hóa chất không tương thích. Kiểu hư hỏng khác hoàn toàn với tình trạng hư hỏng do mài mòn và thường xảy ra nhanh chóng sau khi thay chất lỏng hoặc thay thế vòng đệm bằng vật liệu không phù hợp.

Sự tấn công hóa học biểu hiện chủ yếu qua tình trạng sưng tấy và mềm đi. Khi vật liệu bịt kín không tương thích với chất lỏng thủy lực, các phân tử chất lỏng sẽ xâm nhập vào nền polyme gây ra sự giãn nở thể tích. Phớt bị phồng vượt quá kích thước rãnh và tạo ra lực cản lớn với các bộ phận chuyển động. Các gioăng cao su nitrile (NBR hoặc Buna-N) tiếp xúc với chất lỏng chống cháy este photphat như Skydrol đã chứng minh rõ ràng điều này. NBR hấp thụ chất lỏng và phồng lên mạnh mẽ, biến thành một khối mềm giống như gel. Phốt mở rộng tạo ra ma sát rất lớn với ống chỉ và có thể ngăn chặn hoàn toàn hoạt động của van trong vòng vài giờ. Lực cắt làm rách các mảnh cao su đã mềm, tạo ra các mảnh vụn làm tắc nghẽn các lối đi dẫn hướng và làm hỏng các bộ phận ở hạ lưu.

Lựa chọn vật liệu bịt kín thích hợp đòi hỏi phải kết hợp hóa học chất đàn hồi với chất lỏng thủy lực cụ thể đang sử dụng. Thách thức càng gia tăng trong các hệ thống chuyển đổi từ dầu khoáng sang chất lỏng tổng hợp hoặc chuyển đổi giữa các công thức chống cháy khác nhau. Những gì hoạt động hoàn hảo trong một ứng dụng sẽ gây ra lỗi ngay lập tức ở một ứng dụng khác.

Bảng này cho thấy các mối quan hệ quan trọng - EPDM hoạt động xuất sắc trong các hệ thống este photphat nhưng lại thất bại thảm hại trong dầu khoáng, cho thấy mô hình hoàn toàn trái ngược với NBR. Phớt Fluorocarbon (Viton) cung cấp khả năng tương thích rộng nhưng chi phí cao hơn đáng kể và chỉ thể hiện hiệu suất vừa phải trong một số chất lỏng chống cháy. Kỹ thuật viên phải xác minh mã vật liệu bịt kín trong quá trình bảo trì và đảm bảo các bộ phận thay thế phù hợp với thành phần hóa học của chất lỏng.

Các ứng dụng áp suất cao đưa ra một chế độ hư hỏng phốt cơ khí thuần túy được gọi là đùn hoặc gặm. Ở áp suất vượt quá 20 MPa (3000 psi), vòng chữ O hoạt động giống chất lỏng nhớt hơn là chất rắn đàn hồi. Nếu khe hở giữa các bộ phận kim loại tiếp xúc vượt quá giới hạn thiết kế do độ mòn hoặc dung sai gia công xếp chồng lên nhau, thì áp suất hệ thống sẽ đẩy cao su vào khe hở. Các xung áp suất làm cho phần ép đùn liên tục bị ép ra và kéo lại. Các cạnh kim loại hoạt động giống như một chiếc kéo, cắt các mảnh nhỏ ra khỏi vòng đệm theo mỗi chu kỳ áp suất. Con dấu bị hư hỏng có biểu hiện nhai đặc trưng ở phía áp suất thấp. Các kỹ sư ngăn chặn quá trình đùn trong các ứng dụng áp suất cao bằng cách lắp đặt các vòng dự phòng làm từ PTFE (polytetrafluoroethylene) ở phía áp suất thấp của mỗi vòng chữ O, chặn đường dẫn đùn về mặt vật lý.

Nhiệt độ khắc nghiệt cũng làm suy giảm các vòng đệm thông qua các cơ chế không liên quan đến khả năng tương thích hóa học. Tiếp xúc với nhiệt độ kéo dài trên mức nhiệt độ định mức của con dấu sẽ gây cứng và mất tính đàn hồi. Các vết nứt giòn khi bị nén, tạo ra các đường rò rỉ vĩnh viễn. Nhiệt độ lạnh dưới điểm chuyển tiếp thủy tinh tạo ra độ giòn tương tự. Các con dấu bị uốn cong khi lạnh có thể bị gãy nghiêm trọng. Thông số kỹ thuật về nhiệt độ trong danh mục con dấu thể hiện các tiêu chí lựa chọn quan trọng mà các nhóm bảo trì đôi khi bỏ qua.

ソリッド連続

Dòng chất lỏng tốc độ cao đi qua các cổng và đường dẫn van tạo ra lực có khả năng phá hủy vật lý bề mặt kim loại. Các chế độ hỏng hóc động lực học của chất lỏng này khác với nhiễm bẩn hoặc mài mòn vì hư hỏng đến từ chính chất lỏng chứ không phải do các hạt lạ hoặc chuyển động lặp đi lặp lại.

Xâm thực xảy ra khi áp suất cục bộ giảm xuống dưới áp suất hơi của chất lỏng thủy lực, khiến nó sôi lên và tạo thành bong bóng hơi. Theo nguyên lý Bernoulli, vận tốc chất lỏng tăng mạnh khi nó đi qua khe hở hẹp ở cửa van, với áp suất giảm tương ứng. Nếu sự giảm áp suất này làm cho áp suất tĩnh dưới áp suất hơi của chất lỏng ở nhiệt độ vận hành thì các khoang hơi sẽ nhanh chóng hình thành trong dòng chất lỏng.

Giai đoạn phá hủy bắt đầu khi những bong bóng chứa đầy hơi này chảy xuôi dòng vào vùng có áp suất cao hơn. Không thể tự duy trì, các bong bóng sụp đổ dữ dội trong một quá trình gọi là nổ tung. Mỗi bong bóng sụp đổ tạo ra một tia tốc độ cực nhỏ có thể đạt tốc độ siêu âm và tạo ra áp suất cục bộ vượt quá vài nghìn bar. Khi những tia cực nhỏ này liên tục tấn công bề mặt kim loại, chúng sẽ ăn mòn vật liệu thông qua cơ chế tương tự như cắt tia nước. Các bề mặt bị hư hỏng phát triển các vết rỗ xốp đặc trưng làm phá hủy các cạnh đo được gia công chính xác trên ống van.

Người vận hành thường có thể phát hiện hiện tượng xâm thực trước khi kiểm tra trực quan để phát hiện hư hỏng vì nó tạo ra các dấu hiệu âm thanh đặc biệt. Bong bóng vỡ liên tục tạo ra tiếng ồn giống như tiếng sỏi rung trong thùng chứa hoặc tiếng rít the thé. Các hệ thống chạy gần ngưỡng xâm thực hiển thị tiếng ồn không liên tục xuất hiện và biến mất khi tải thay đổi. Tiếng ồn tương quan trực tiếp với sự ăn mòn kim loại ngày càng tăng, khiến việc giám sát âm thanh trở thành một công cụ bảo trì dự đoán có giá trị.

Một dạng hư hỏng có liên quan nhưng khác biệt được gọi là xói mòn do kéo dây ảnh hưởng đến bề mặt tiếp xúc của van. Khi một van cần được đóng nhưng không thể bịt kín hoàn toàn do các hạt giữ nắp mở hoặc hư hỏng bề mặt, chất lỏng áp suất cao sẽ đẩy qua khe hở cực nhỏ với vận tốc cực lớn. Tốc độ dòng chảy có thể đạt tới hàng trăm mét mỗi giây thông qua những rò rỉ nhỏ này. Tia chất lỏng cắt xuyên qua kim loại giống như một con dao nước, khắc những rãnh hẹp giống như vết xước từ dây mảnh. Khi dây kéo bị hư hỏng, diện tích rò rỉ sẽ tăng lên nhanh chóng và van mất hết khả năng giữ áp suất.

Sự chênh lệch áp suất qua van xác định cường độ xâm thực và xói mòn. Các kỹ sư thiết kế chọn các van có lưu lượng phù hợp để giữ mức giảm áp suất trong giới hạn chấp nhận được. Vận hành van ở mức chênh lệch áp suất cao hơn định mức thiết kế của chúng sẽ làm tăng tốc độ hư hỏng động lực của chất lỏng. Các hệ thống có đường thoát nước thí điểm không đầy đủ hoặc các cổng bể bị chặn sẽ tạo ra áp suất ngược buộc ống cuộn chính phải hoạt động với mức giảm áp suất quá mức, gây ra hiện tượng xâm thực ngay cả khi thông số kỹ thuật của hệ thống có vẻ bình thường.

Các yếu tố ứng suất lắp đặt và cơ học

Các yếu tố cơ học liên quan đến việc lắp van và thiết kế hệ thống tạo ra các chế độ hỏng hóc khiến người khắc phục sự cố bối rối vì van xuất hiện lỗi ngay sau khi lắp đặt nhưng vẫn hoạt động bình thường khi tháo ra khỏi hệ thống. Những hư hỏng do lắp đặt này là kết quả của sự biến dạng đàn hồi của thân van dưới tác dụng của lực lắp.

Van điều khiển hướng lắp trên tấm phụ hoặc ống góp yêu cầu lực kẹp đồng đều trên nhiều bu lông lắp. Ứng dụng mô-men xoắn không đều làm cho thân van bị xoắn nhẹ. Mặc dù biến dạng này có thể chỉ đo được vài micromet, nhưng nó trở nên quan trọng đối với các van có khe hở từ ống chỉ đến lỗ khoan chỉ từ 2-5 micromet. Một lỗ tròn xoắn thành hình elip sẽ kẹp ống hình trụ ở các điểm đối diện, làm tăng ma sát đáng kể hoặc làm kẹt hoàn toàn ống cuộn.

Dấu hiệu lỗi được bộc lộ rõ ​​ràng - một van mới không chịu dịch chuyển khi được bắt vít vào hệ thống sẽ di chuyển tự do khi cầm trên tay. Các kỹ thuật viên thiếu nhận thức về cơ chế này thường đổ lỗi cho nhà sản xuất van và bắt đầu trả lại bảo hành không cần thiết. Nguyên nhân thực tế nằm ở quy trình lắp đặt không đúng. Các nhà sản xuất van chỉ định các giá trị mô-men xoắn và trình tự siết chặt để lắp phần cứng. Tuân theo các thông số kỹ thuật này sẽ duy trì hình dạng lỗ khoan trong phạm vi dung sai. Mô-men xoắn quá mức hoặc kiểu siết chặt từ góc này sang góc khác gây ra ứng suất xoắn làm hình bầu dục lỗ khoan.

Độ phẳng của tấm phụ thể hiện một thông số lắp đặt quan trọng khác. Nếu bề mặt lắp đặt có độ gợn sóng hoặc các vùng nhô lên do vết hàn hoặc ăn mòn thì thân van sẽ tuân theo những bất thường này khi được bắt vít xuống. Kết quả là sự biến dạng của thân tạo ra sự lệch bên trong giữa ống chỉ và lỗ khoan. Các kỹ sư chỉ định độ lệch độ phẳng tối đa, thường là khoảng 0,025 mm (0,001 inch) trên bề mặt lắp van. Đội bảo trì đôi khi bỏ qua thông số kỹ thuật này, đặc biệt trong quá trình sửa chữa tại hiện trường hoặc sửa đổi hệ thống.

Van kiểu hộp mực được lắp đặt trong các khoang đa dạng phải đối mặt với những thách thức tương tự. Mô-men xoắn ren và độ sâu khoang đều ảnh hưởng đến cách đặt hộp mực. Các sợi ren bị xoắn quá mức có thể làm biến dạng các thành mỏng của thân hộp mực. Độ sâu khoang không chính xác khiến hộp mực bị căng hoặc nén, một trong hai điều này làm biến dạng khe hở bên trong. Những lỗi lắp đặt này biểu hiện ở chỗ các van hoạt động hoàn hảo trên băng ghế thử nghiệm nhưng bị kẹt hoặc rò rỉ khi lắp vào đường ống sản xuất.

Tải trọng rung và va đập tạo ra ứng suất động làm mỏi các bộ phận kim loại theo thời gian. Các van định hướng được gắn trên thiết bị di động hoặc máy móc chuyển động qua lại chịu lực tăng tốc làm nứt các trùm lắp, làm gãy các chốt giữ và làm lỏng các kết nối ren. Cú sốc cơ học từ búa nước - áp suất tăng được tạo ra khi van đóng nhanh - có thể vượt quá áp suất định mức của van gấp nhiều lần. Áp suất tăng đột biến lặp đi lặp lại làm cứng bề mặt kim loại và gây ra các vết nứt do mỏi, cuối cùng dẫn đến vỡ vỏ hoặc gãy ống chỉ.

Phương pháp chẩn đoán lỗi van điều khiển hướng

Khắc phục sự cố hiệu quả đòi hỏi phải điều tra một cách có hệ thống nhằm tách biệt cơ chế lỗi trước khi thay thế các bộ phận. Trình tự chẩn đoán sau đây hoạt động từ kiểm tra bên ngoài đơn giản đến kiểm tra nội bộ xâm lấn, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động trong khi thu thập dữ liệu nguyên nhân gốc rễ chính xác.

Kiểm tra thị giác và giác quan là bước đầu tiên. Rò rỉ chất lỏng bên ngoài xung quanh các khớp nối vỏ hoặc các đệm bịt ​​kín cho thấy vòng chữ O bị hỏng. Vết cháy hoặc nhựa nóng chảy trên cuộn dây điện từ cho thấy điện quá nóng. Mùi đặc trưng của lớp cách nhiệt cuộn dây bị đốt khác biệt rõ rệt với mùi dầu thủy lực thông thường. Cavitation tạo ra tiếng ồn đặc trưng mà các kỹ thuật viên đã qua đào tạo có thể nhận ra ngay lập tức. Việc ghi lại các dấu hiệu âm thanh cơ bản trong quá trình vận hành thích hợp cho phép so sánh khi có vấn đề phát sinh.

Kiểm tra ghi đè thủ công cung cấp sự khác biệt quan trọng về cơ và điện. Hầu như tất cả các van định hướng điện từ đều bao gồm một chốt hoặc nút ấn thủ công để buộc ống cuộn chuyển động một cách cơ học. Nếu van phản ứng với hoạt động bằng tay và hệ thống hoạt động bình thường thì cơ cấu van hoạt động chính xác và vấn đề nằm ở mạch điều khiển điện. Ngược lại, việc không thể dịch chuyển ống chỉ theo cách thủ công sẽ xác nhận sự ràng buộc cơ học do nhiễm bẩn, sơn bóng hoặc biến dạng. Thử nghiệm đơn giản này chỉ mất vài giây nhưng giúp loại bỏ hàng giờ lãng phí công sức theo đuổi chế độ lỗi sai.

Xác minh điện yêu cầu đo cả điện trở cuộn dây và điện áp hoạt động thực tế. Chỉ số điện trở nằm ngoài phạm vi thông số kỹ thuật (thường là 50-200 ohm đối với cuộn dây DC, 10-50 ohm đối với cuộn dây AC) cho thấy cuộn dây bị hỏng. Tuy nhiên, chỉ riêng sự phản kháng đã kể một câu chuyện chưa đầy đủ. Đo điện áp ở đầu nối điện từ khi có tải cho thấy hiện tượng sụt áp do kết nối lỏng lẻo hoặc dây điện quá nhỏ. Một điện từ được định mức cho 24 VDC chỉ nhận được 18 VDC do điện trở của dây có thể tạo ra lực không đủ để dịch chuyển ống cuộn chống lại lực ma sát và áp suất. Lực điện từ thay đổi theo bình phương điện áp (F ∝ V2), khiến hiện tượng sụt áp trở nên đặc biệt nguy hiểm.

Định lượng rò rỉ bên trong cần có thiết bị kiểm tra thủy lực. Phương pháp thiết thực nhất cho thiết bị di động bao gồm việc chặn các cổng van và tạo áp suất riêng lẻ cho chúng trong khi đo lưu lượng vào bể. So sánh độ rò rỉ đo được với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất sẽ xác định xem độ mòn bên trong có tiến triển vượt quá giới hạn chấp nhận được hay không. Đối với thiết bị cố định, việc quan sát độ trôi của bộ truyền động khi có tải sẽ giúp đánh giá rò rỉ chức năng. Bộ truyền động kéo dài hoặc thu lại từ từ khi van nằm ở vị trí trung lập cho thấy sự rò rỉ bên trong quá mức cho phép áp suất đến nhầm buồng.

Hình ảnh nhiệt cung cấp một kỹ thuật không xâm lấn để phát hiện rò rỉ bên trong trước khi nó trở nên nghiêm trọng. Dòng chảy tốc độ cao xuyên qua các khe hở bị mài mòn lớn sẽ tạo ra nhiệt thông qua quá trình tiết lưu. Camera hồng ngoại quét thân van sẽ phát hiện các điểm nóng tại các vị trí có dòng chảy bên trong bất thường. Sự chênh lệch nhiệt độ từ 10-20°C so với các khu vực xung quanh cho thấy đường dẫn rò rỉ đáng kể. Cảnh báo sớm này cho phép bảo trì theo lịch trình trước khi lỗi hoàn toàn khiến ngừng sản xuất.

Phòng thí nghiệm phân tích dầu kiểm tra các mẫu chất lỏng về cả ô nhiễm hạt và suy thoái hóa học. Việc đếm hạt xác định mã độ sạch ISO 4406 và xác định xem hệ thống lọc có hoạt động tốt hay không. Kiểm tra số lượng axit cho thấy mức độ oxy hóa. Quan trọng nhất đối với các vấn đề liên quan đến vecni, việc yêu cầu phân tích MPC sẽ đưa ra cảnh báo sớm về sự hình thành cặn dính trước khi van bắt đầu dính. Một chương trình phân tích dầu toàn diện sẽ phát hiện các vấn đề ô nhiễm trước khi chúng phá hủy các van đắt tiền.

Hướng dẫn khắc phục sự cố tổng hợp các mối quan hệ triệu chứng-nguyên nhân-giải pháp mà các kỹ thuật viên hiện trường gặp phải thường xuyên nhất. Việc áp dụng cách tiếp cận có cấu trúc này giúp giảm thời gian chẩn đoán đồng thời tăng tỷ lệ thành công sửa chữa ngay lần đầu tiên.

Hướng tới bảo trì dự đoán

Việc hiểu rõ các cơ chế hư hỏng cho phép chuyển đổi từ bảo trì sự cố phản ứng sang chiến lược bảo trì dựa trên điều kiện dự đoán. Thay vì chờ van hỏng trong quá trình sản xuất, các phương pháp dự đoán sẽ phát hiện sớm sự xuống cấp và lên lịch sửa chữa trong thời gian ngừng hoạt động theo kế hoạch.

Việc thiết lập các số liệu hiệu suất cơ bản cung cấp nền tảng cho các chương trình dự đoán. Việc ghi lại các đặc tính mới của van bao gồm lực tác động thủ công, dòng điện rút ra, tốc độ rò rỉ bên trong và dấu hiệu âm thanh sẽ tạo ra dữ liệu tham chiếu. Các phép đo định kỳ cho thấy độ lệch so với điều tra kích hoạt cơ bản trước khi xảy ra lỗi hoàn toàn.

Kiểm soát ô nhiễm xứng đáng được chú trọng hàng đầu do nó chịu trách nhiệm về phần lớn các sai sót. Lấy mẫu dầu thường xuyên bằng cả tính năng đếm hạt và kiểm tra MPC sẽ phát hiện được các vấn đề trước khi van bị kẹt. Các hệ thống hiển thị mã độ sạch ISO vượt quá giá trị mục tiêu cần phải kiểm tra hệ thống lọc ngay lập tức và có khả năng thay thế phần tử bộ lọc. Giá trị MPC ΔE tăng trên 30 yêu cầu lắp đặt hệ thống loại bỏ sơn tĩnh điện hoặc gốc nhựa.

Khoảng thời gian thay thế linh kiện phải phản ánh điều kiện vận hành thực tế thay vì khoảng thời gian tùy ý. Van hoạt động hàng triệu lần mỗi năm đòi hỏi phải thay phớt thường xuyên hơn so với các van hiếm khi được vận hành. Nhiệt độ, loại chất lỏng và mức áp suất đều ảnh hưởng đến tốc độ xuống cấp. Việc thu thập dữ liệu lịch sử lỗi cho phép dự đoán tuổi thọ thống kê được tùy chỉnh cho các ứng dụng cụ thể. Một số hoạt động triển khai bộ đếm chu kỳ van để kích hoạt bảo trì dựa trên mức sử dụng thực tế thay vì thời gian theo lịch.

Đào tạo nhân viên bảo trì về quy trình lắp đặt thích hợp sẽ ngăn ngừa các sự cố do ứng suất cơ học gây khó chịu cho người khắc phục sự cố. Tạo các quy trình được ghi lại với các giá trị mô-men xoắn được chỉ định, trình tự siết chặt và kiểm tra độ phẳng đảm bảo kết quả nhất quán giữa các ca và kỹ thuật viên. Cờ lê lực phải được hiệu chuẩn thường xuyên và cần thiết cho mọi công việc lắp đặt van.

Đánh giá thiết kế hệ thống có thể xác định các điều kiện làm tăng tốc độ mài mòn của van. Đường thoát nước thí điểm không đầy đủ, thiếu bộ giảm sốc áp suất và kích thước van không chính xác đều góp phần gây ra hỏng hóc sớm. Việc giải quyết các vấn đề ở cấp độ hệ thống này giúp giảm tần suất hỏng hóc hiệu quả hơn là chỉ thay thế các van bằng các bộ phận giống hệt nhau nhưng có cùng điều kiện hư hỏng.

Phân tích chi phí-lợi ích đặc biệt ủng hộ việc bảo trì dự đoán cho các hệ thống quan trọng trong đó hỏng van gây ra thời gian ngừng hoạt động tốn kém. Mặc dù các chương trình dự đoán đòi hỏi phải đầu tư vào thiết bị thử nghiệm và đào tạo, nhưng lợi nhuận thu được là loại bỏ sự cố ngừng hoạt động ngoài dự kiến, kéo dài tuổi thọ linh kiện và giảm chi phí sửa chữa khẩn cấp. Các nhà máy thực hiện các chương trình dự đoán toàn diện thường thấy các hư hỏng liên quan đến van giảm 60-80% trong vòng hai năm.

Phần kết luận

Lỗi van điều khiển hướng là kết quả của nhiều cơ chế tương tác chứ không phải là nguyên nhân đơn lẻ. Sự nhiễm bẩn chiếm ưu thế trong thống kê lỗi nhưng biểu hiện qua các quá trình vật lý khác nhau - các hạt cứng gây mài mòn trong khi cặn vecni mềm tạo ra sự bám dính hóa học. Các sự cố về điện thường xảy ra do liên kết cơ học ngăn cản hoạt động thích hợp của điện từ. Sự xuống cấp của con dấu phản ánh sự không tương thích về mặt hóa học hoặc sự đùn cơ học thường xuyên hơn so với sự lão hóa đơn giản. Lực động của chất lỏng làm hỏng các bề mặt chính xác thông qua hiện tượng xâm thực và xói mòn tốc độ cao. Ứng suất lắp đặt tạo ra sự biến dạng hình học làm ràng buộc các bộ phận chuyển động.

Ngăn chặn sự cố hiệu quả đòi hỏi tư duy ở cấp độ hệ thống vượt ra ngoài chính van. Độ sạch của chất lỏng theo tiêu chuẩn ISO 4406 phù hợp với loại van tạo thành nền tảng. Khả năng tương thích hóa học giữa phớt và chất lỏng thủy lực giúp ngăn ngừa hiện tượng phồng rộp nghiêm trọng. Quy trình lắp đặt thích hợp duy trì các khoảng trống bên trong quan trọng. Giải quyết các vấn đề về thiết kế hệ thống tạo ra sự sụt giảm áp suất quá mức hoặc làm mát không đủ sẽ giúp kéo dài tuổi thọ của van một cách đáng kể.

Quá trình chuyển đổi từ bảo trì phản ứng sang giám sát tình trạng dự đoán sẽ tách biệt các hoạt động có hiệu suất cao khỏi những hoạt động gặp khó khăn do sự cố không mong muốn. Các chương trình phân tích dầu, khảo sát hình ảnh nhiệt và giám sát âm thanh sẽ phát hiện các vấn đề trong giai đoạn đầu khi hành động khắc phục tốn ít chi phí và không cần thời gian ngừng hoạt động khẩn cấp. Hiểu được nguyên lý vật lý và hóa học cơ bản đằng sau những hỏng hóc của van sẽ biến việc bảo trì từ việc thay thế các bộ phận thành kỹ thuật có độ tin cậy cao.